***A donde llega este Universo, siguen los otros; Imposibles de ver, por el horizonte de los acontecimientos, devorando la Realidad.***

mayo 12, 2007 at 7:52 pm (General)

*Un aporte mas para mejor entender los que son los Universos*

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Otro grupo de malentendidos se refiere a la descripción cuantitativa de la expansión. El ritmo al que se incrementa el espacio entre las galaxias sigue un patrón concreto que fue descubierto por el astrónomo norteamericano Edwin Hubble en 1929. La velocidad de retracción de una galaxia con respecto a nosotros (v) es directamente proporcional a la distancia a la que se encuentra (d):

v = Hd

H representa una constante de proporcionalidad denominada Constante de Hubble y cuantifica lo rápido que se estira el espacio, no sólo a nuestro alrededor sin alrededor de cualquier observador del universo.

Algunos se confunden por el hecho de que algunas galaxias no obedecen a la ecuación de Hubble. Andrómeda, nuestra galaxia vecina más grande, no se aleja de nosotros sino que se aproxima. Estas excepciones se presentan porque la ecuación de Hubble sólo describe el comportamiento promedio de las galaxias. Algunas galaxias pueden tener también pequeños movimientos locales producidos al orbitar una respecto de la otra o por causa del tirón gravitacional que las une, como en el caso de la Vía Láctea y Andrómeda. Las galaxias remotas también presentan pequeños desplazamientos locales, pero desde nuestra perspectiva (que implica un altísimo valor de d), estas velocidades azarosas se ven eliminadas por las grandes velocidades de retracción (v). Incluso para esas galaxias la ley de Hubble mantiene una enorme precisión.

Hay que hacer notar que, de acuerdo con esta ecuación, el universo no se está expandiendo a una velocidad única. Algunas galaxias se alejan a 1.000 kilómetros por segundo, otras a 2.000, y así sucesivamente. De hecho, la ley de Hubble predice que las galaxias que se encuentran a más de determinada distancia (denominada, por supuesto, “Distancia de Hubble” ), se alejan a velocidades superiores a la de la luz. Para el valor medido en la Constante de Hubble, esta distancia es de unos 14.000 millones de años luz.
Esta predicción de galaxias más rápidas que la luz, ¿significa que la ley de Hubble está equivocada? ¿No dice la teoría de la relatividad especial de Einstein que nada puede moverse a velocidades superiores a la de la luz? Estas preguntas han logrado confundir a generaciones enteras de estudiantes. La respuesta es que la relatividad especial se aplica sólo a movimientos con velocidades “normales” en el espacio. Estamos hablando de un efecto relativista general que no tiene nada que ver con el límite relativista especial.

Tener una velocidad de alejamiento superior a la de la luz no viola la relatividad especial. Igualmente, sigue siendo cierto que nada puede rebasar a un rayo de luz.

La primera observación de que el universo se expande llegó entre 1910 y 1930. Los átomos emiten y absorben luz de longitudes de onda específicas y ello se midió en experiencias de laboratorio. Los mismos patrones aparecieron en la luz de las galaxias distantes, excepto que esos patrones habían sido desplazados hacia longitudes más largas.

Los astrónomos decían que la luz de esas galaxias habían sufrido un “corrimiento al rojo”. La explicación es clara y simple: a medida que el espacio se expande, las ondas de la luz se estiran. Si el universo duplica su tamaño durante el viaje de las ondas, sus longitudes de onda se duplican también y su energía desciende a la mitad.

Este proceso puede ser descripto en términos de temperatura. Los fotones emitidos por un cuerpo tienen colectivamente una temperatura, o sea, una cierta distribución de su energía que refleja cuán caliente es el cuerpo.

A medida que los fotones viajan a través de un espacio en expansión, pierden energía y su temperatura disminuye. De este modo, el universo se enfría a medida que se expande, al igual que el aire comprimido de un tubo de buceo se enfría cuando se lo libera y se le permite expandirse. Por ejemplo: la radiación de fondo tiene hoy en día una temperatura de 3°K, siendo que el proceso que liberó tal radiación ocurrió a una temperatura de 3.000°K. Desde la emisión de esa radiación, el universo incrementó su tamaño en un factor de 1.000, por lo tanto la temperatura de los fotones cayó en la misma proporción. Observando el gas de las galaxias más lejanas, los astrónomos han podido medir en forma directa la temperatura de la radiación en el pasado remoto. Estas mediciones confirman que el universo se ha ido enfriando a medida que pasó el tiempo.

Los malos entendidos cunden acerca de la relación entre el corrimiento al rojo y la velocidad. El corrimiento provocado por la expansión a menudo se confunde con el más familiar corrimiento al rojo causado por el efecto Doppler. El Doppler normal hace que las ondas sonoras se alarguen si su fuente se aleja, como por ejemplo en una ambulancia que va a gran velocidad. El mismo principio se aplica a las ondas de luz, que se hacen más largas si la fuente de luz se aleja de nosotros.

Esto es similar pero no idéntico a lo que pasa con la luz de las galaxias distantes. El corrimiento al rojo cosmológico no es un corrimiento Doppler normal. Los astrónomos a menudo hablan como si lo fuera, pero al hacerlo hacen un flaco servicio a quienes los escuchan. El corrimiento Doppler y el corrimiento cosmológico obedecen a dos fórmulas distintas. El primero proviene de la relatividad especial, que no toma en cuenta la expansión del espacio físico, mientras que el segundo depende de la relatividad general, que sí lo hace. Las dos fórmulas son casi idénticas para las galaxias cercanas, pero divergen en gran medida si tratamos con las muy lejanas.

De acuerdo con la fórmula usada para calcular el Doppler, los objetos cuya velocidad tiende a la de la luz tendrán desplazamientos al rojo que tenderán a infinito. Sus longitudes de onda crecen demasiado como par ser visibles. Si ello fuera cierto para todas las galaxias, los objetos visibles más distantes se retraerían a velocidades justo por debajo de la velocidad de la luz. Sin embargo, la fórmula del corrimiento cosmológico lleva a resultados diferentes. En el modelo cosmológico estándar actual, las galaxias con un corrimiento de 1,5 se alejan a la velocidad de la luz. Un corrimiento de 1,5 es una luz con un corrimiento 150% más largo que el valor de referencia en el laboratorio.

Los astrónomos han observado más de 1.000 galaxias cuyo corrimientos son superiores a 1,5. Esto significa que nos estamos alejando de ellas más rápido que la luz. La radiación de fondo ha viajado aún más lejos, y tiene un factor de corrimiento superior a 1.000. Cuando la radiación que vemos hoy fue emitida por el plasma caliente del universo primigenio, se estaba alejando de nosotros a una velocidad 50 veces superior a la de la luz.

La idea de observar galaxias más rápidas que la luz puede sonar mística, pero ha sido hecha posible por cambios en la tasa de expansión. Imagine un rayo de luz que está más lejos que la distancia de Hubble (14.000 millones de años luz) y que intenta viajar hasta nosotros. Se mueve en nuestra dirección a la velocidad de la luz en su espacio circundante, pero su espacio local se aleja de nosotros más rápido que la luz. A pesar de que la luz viaja hacia la Tierra a la máxima velocidad posible, nunca nos alcanzará debido a que el estiramiento del espacio la aleja más rápido de lo que ella se desplaza. Es como un niño que trata de subir por una escalera mecánica que desciende. Los fotones a la distancia de Hubble son como la Reina Roja y Alicia, siempre corriendo lo más rápido que pueden, sólo para permanecer en el mismo sitio.

Uno podría llegar a la conclusión de que la luz originada más allá de la distancia de Hubble nunca llegará hasta nosotros, y que su fuente será invisible e indetectable para siempre. Pero lo que sucede es que la distancia de Hubble no es fija, porque depende de la constante de Hubble, que cambia con el tiempo. En particular, la constante es proporcional a la tasa de incremento de la distancia entre dos galaxias, dividida por esa distancia. Esto se cumple para dos galaxias cualesquiera. En los modelos del universo que se corresponden con los datos observacionales, el denominador crece más rápido que el numerador de esta división, por lo que la constante de Hubble se va haciendo más pequeña. Simultáneamente la distancia de Hubble aumenta. A medida que esto ocurre, la luz que al principio estaba justo más allá de la distancia de Hubble y alejándose queda en cierto momento dentro de la distancia de Hubble. Los fotones se encontrarán entonces en una región del espacio que se aleja a una velocidad menor que la de la luz. De ahí en más, podrán llegar hasta nuestro telescopio.

La galaxia de la cual proceden, sin embargo, puede seguir alejándose a velocidad superlumínica. Es por esto que podemos observar la luz de galaxias que siempre han estado y siempre estarán alejándose de nosotros a velocidades mayores que la de la luz. Otra forma de expresarlo es que la distancia de Hubble es variable y no determina el límite del universo observable.

¿Qué es lo que determina este límite, entonces? Una vez más, ha habido confusión a este respecto. Si el espacio no se expandiera, el objeto más lejano que podríamos ver sería el que se encuentra a 14.000 millones de años luz de nosotros, la máxima distancia que la luz podría haber viajado en los 14.000 millones de años que han pasado desde el Big Bang. Pero a causa de que el universo se expande, el espacio recorrido por la luz se expande a sus espaldas a medida que viaja. Por lo tanto, la distancia actual al objeto más distante que podemos ver es cerca de tres veces mayor que antes, es decir unos 46.000 millones de años luz.

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*(El Horizonte de acontecimientos devora la Realidad.)*

El reciente descubrimiento de que la tasa de expansión cósmica se está acelerando hace las cosas todavía más interesantes. Anteriormente, los cosmólogos pensaban que vivíamos en un universo en desaceleración, y que cada vez más galaxias quedarían a la vista. En nuestro universo en aceleración, en cambio, estamos circundados por una frontera, más allá de la cual ocurren sucesos que nunca podremos ver. Se la llama “horizonte cósmico de acontecimientos”. Si la luz de las galaxias que se alejan más rápido que la luz está destinada a llegar hasta nosotros, la distancia de Hubble tiene que ir aumentando. Pero en un universo acelerando, el aumento de la distancia de Hubble se detiene. Los eventos remotos pueden emitir rayos de luz en nuestra dirección, pero su luz está atrapada por fuera de la distancia de Hubble por la aceleración de la expanciòn

 

Un universo que acelera su expansión recuerda, entonces, a un agujero negro. Éste tiene también su horizonte de acontecimientos, un límite más allá del cual no vemos nada. La distancia a nuestro horizonte de acontecimientos es actualmente de 16.000 millones de años luz, perfectamente dentro de nuestro universo observable. La luz de las galaxias que hoy están ubicadas por fuera del horizonte de acontecimientos nunca llegará hasta nosotros, porque la distancia que hoy es de 16.000 millones crecerá más rápido de lo que la luz se mueve. Podremos ver los eventos que tengan lugar en esas galaxia antes de que hayan cruzado el horizonte, pero los acontecimientos subsiguientes quedarán fuera de nuestra vista por toda la eternidad.*

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Att.

Alacran.


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